JP2020025044A - セラミック配線基板 - Google Patents

Abstract

【課題】焼成時の収縮を抑制することにより、セラミック配線基板の寸法精度を向上させる。【解決手段】複数のセラミック層が積層されたセラミック配線基板である。セラミック配線基板は、積層された複数のセラミック層のうち互いに隣接する少なくとも２つのセラミック層の間に配置され、アルミニウムを含有するアルミ含有層を備える。また、アルミ含有層に含有されているアルミニウムは、粒子状に形成されている。また、アルミニウムの周囲には、酸化被膜が形成されている。【選択図】図１

Description

本開示は、複数のセラミック層が積層されたセラミック配線基板に関する。

特許文献１には、ガラスとセラミックとの混合物を１０００℃以下の低温にて焼成した低温焼成のガラスセラミックで形成された複数のセラミック層を積層したセラミック配線基板が記載されている。

特許文献１に記載のセラミック配線基板の製造方法では、焼成によりセラミック層となる複数のグリーンシートを積層してグリーンシート積層体を作製した後に、このグリーンシート積層体の表面および裏面に拘束シートを積層して、複合グリーンシート積層体を作製する。この拘束シートは、無機材料として、アルミナおよびジルコニアの少なくとも一方を含み、グリーンシートと実質的に同様の方法を適用して作製される。

そして、この複合グリーンシート積層体を焼成すると、グリーンシート積層体の表面および裏面に配置されている拘束シートは、積層方向に対して垂直な平面に沿った方向へグリーンシート積層体が収縮するのを抑制する。これは、グリーンシートを焼成する温度では、拘束シートが焼結しないためである。これにより、セラミック配線基板の製造において高い寸法精度を実現することができる。

特開２００３−３１８３０９号公報

しかし、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素および窒化珪素などの高温焼成セラミックを主成分とする複数のセラミック層を積層したセラミック配線基板の製造では、焼成時の収縮を抑制するために、特許文献１に記載の拘束シートを利用することができない。特許文献１に記載の拘束シートは、高温焼成セラミックの焼成温度で焼結してしまうためである。

本開示は、焼成時の収縮を抑制することによりセラミック配線基板の寸法精度を向上させることを目的とする。

本開示の一態様は、複数のセラミック層が積層されたセラミック配線基板であって、積層された複数のセラミック層のうち互いに隣接する少なくとも２つのセラミック層の間に配置され、アルミニウムを含有するアルミ含有層を備える。アルミ含有層に含有されているアルミニウムは、粒子状に形成されている。アルミニウムの周囲には、酸化被膜が形成されている。

このように構成された本開示のセラミック配線基板は、互いに隣接する２つのセラミック層の間に配置されたアルミ含有層を備える。アルミ含有層に含有されているアルミニウムは粒子状に形成されており、アルミニウムの周囲には酸化被膜（すなわち、不導態被膜）が形成されている。このため、アルミ含有層は高温焼成により融解せず、焼結しないので、アルミ含有層の体積が変化しない。これにより、アルミ含有層は高温焼成においてほとんど収縮しない。そして、アルミ含有層は、２つのセラミック層の間に挟まれた状態でこの２つのセラミック層に密着しているため、アルミ含有層に密着しているセラミック層の収縮も抑制される。

以上より、本開示のセラミック配線基板は、焼成によるセラミック層の収縮を抑制することができ、セラミック配線基板の寸法精度を向上させることができる。
また、本開示の一態様では、アルミ含有層の厚さは、複数のセラミック層のそれぞれの厚さに対して、１５％以下であるようにしてもよい。

このように構成されることで、セラミック層の間の距離が過度に大きくなることを抑制でき、セラミック配線基板に形成されている配線の電気的接続を妨げることを抑制できる。

また、本開示の一態様では、複数のセラミック層は、セラミック成分を９０重量％以上含有しているようにしてもよい。セラミック成分を９０重量％以上含有しているセラミック層は高温焼成により形成される。このように構成された本開示のセラミック配線基板は、高温焼成によるセラミック層の収縮を抑制することができ、セラミック配線基板の寸法精度を向上させることができる。

セラミック配線基板の断面図である。 セラミック配線基板の製造方法を示すフローチャートである。

以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のセラミック配線基板１は、図１に示すように、例えば、３層のセラミック層１１，１２，１３と、３層の配線層２１，２２，２３と、２層の拘束層３１，３２とを備える。

セラミック層１１〜１３と、配線層２１〜２３とは、積層方向ＳＤに沿って交互に積層される。これにより、配線層２１はセラミック層１１とセラミック層１２との間に配置され、配線層２２はセラミック層１２とセラミック層１３との間に配置される。また配線層２３は、セラミック層１３の両面のうち、配線層２２が配置されていない側に配置される。

拘束層３１は、セラミック層１１とセラミック層１２との間において、配線層２１が配置されていない部分に配置される。拘束層３２は、セラミック層１２とセラミック層１３との間において、配線層２２が配置されていない部分に配置される。

また、セラミック層１２，１３内にはそれぞれ、積層方向ＳＤに延びてセラミック層１２，１３を貫通するビア導体４２，４３が形成される。これにより、セラミック層１２を挟んでセラミック層１２の両面に形成されている配線層２１と配線層２２とが電気的に接続される。また、セラミック層１３を挟んでセラミック層１３の両面に形成されている配線層２２と配線層２３とが電気的に接続される。

セラミック層１１〜１３は、積層方向ＳＤに対して垂直な方向に沿って広がる板状の絶縁層であり、アルミナを９０重量％以上含有している。
配線層２１，２２，２３はそれぞれ、セラミック層１１，１２，１３上において線状に延びる導電層である。配線層２１，２２，２３は、導電成分であるＣｕやＭｏおよびＷと、アルミナ等のセラミック成分とを含有している。

拘束層３１，３２は、セラミック層１１，１２上において配線層２１，２２が配置されていない部分に配置される層である。拘束層３１，３２は、アルミニウム（Ａｌ）とアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とを含有している。拘束層３１，３２の厚さは、セラミック層１１〜１３のそれぞれの厚さに対して、１５％以下である。

ビア導体４２，４３は、配線層２１，２２，２３と同様の材料で形成されている。
次に、セラミック配線基板１の製造方法を説明する。
セラミック配線基板１を製造するためには、図２に示すように、まず、Ｓ１０にて、セラミックグリーンシートを準備する。具体的には、まず、無機成分として、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末と、シリカ等の金属酸化物の粉末とを用意する。本実施形態では、アルミナ粉末の平均粒径は２μｍ以下である。また、バインダ成分としてのブチラール系樹脂と、成形後のグリーンシートに適度な柔軟性を与える可塑剤成分としてのジ・オチクル・フタレート（以下、ＤＯＰ）と、適当なスラリー粘度とシート強度を持たせる溶剤とを用意する。

そして、アルミナ粉末が９０重量％となるように上記のアルミナ粉末と金属酸化物の粉末とを所定量秤量して、アルミナ製のポットに入れる。さらに、ブチラール系樹脂、ＤＯＰおよび溶剤を上記のポットに入れて混合することにより、セラミックスラリーを得る。さらに、ドクターブレード法により、例えばポリエチレンテレフタレートからなるキャリアフィルム上で、得られたセラミックスラリーをシート状とし、厚さが例えば０．２ｍｍのセラミックグリーンシートを作製する。

次にＳ２０にて、パンチを用いた打ち抜き加工により、Ｓ１０で準備したセラミックグリーンシートに、セラミックグリーンシートを貫通するビアホールを形成する。
次にＳ３０にて、セラミックグリーンシートに形成されたビアホールの内部に、導電性ペーストを充填する。導電性ペーストは、銅（Ｃｕ）粉末と、タングステン（Ｗ）粉末と、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末とを含む混合粉末に、ワニス成分としてエチルセルロース樹脂とターピネオール溶剤とを加え、３本ロールミルによって混練することで作製される。

次にＳ４０にて、セラミックグリーンシートの表面における必要な箇所に、導電性ペーストを用いて、印刷によって、配線層２１〜２３となる配線パターンを形成する。
次にＳ５０にて、セラミックグリーンシートの表面における配線パターンが形成されていない箇所に、拘束層ペーストを用いて、印刷によって、拘束層３１，３２となる拘束パターンを形成する。拘束層ペーストは、平均粒径が４μｍのアルミニウム（Ａｌ）粉末と、平均粒径が２μｍのアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末とを含む混合粉末に、ペースト化のワニス成分としてエチルセルロース樹脂とターピネオール溶剤とを加え、３本ロールミルによって混練することで作製される。本実施形態では、アルミニウム粉末とアルミナ粉末との混合割合は質量比で１：１である。

次にＳ６０にて、配線パターンおよび拘束パターンが形成された複数のセラミックグリーンシートを積層して、グリーンシート積層体を作製する。
次にＳ７０にて、Ｓ６０で作成されたグリーンシート積層体を加熱して、グリーンシート積層体中に含まれるバインダを除去する脱バインダ工程を実行する。

次にＳ８０にて、グリーンシート積層体を１３００℃にて６０分間焼成して、セラミック配線基板１の製造を終了する。
次に、セラミック配線基板１における拘束層３１，３２の効果を評価するために実施した評価試験と、その試験結果について説明する。

本試験では、３層のグリーンシートを積層して縦５０ｍｍ×横５０ｍｍの直方体状に形成されたグリーンシート積層体について、１３００℃から１６００℃で焼成する前と後とにおける縦寸法および横寸法を測定した。

本実験で用いたグリーンシートは縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚さ０．２ ｍｍであり、拘束パターンはグリーンシート表面に厚さ０．０１ｍｍで塗布した。
実施例は、互いに隣接する２層のグリーンシートの間に拘束パターンが形成されたグリーンシート積層体である。比較例は、拘束パターンが形成されていないグリーンシート積層体である。

上述の比較例におけるサンプルを焼成した際の縦寸法と横寸法の収縮量をそれぞれ１００としたとき、実施例におけるサンプルの収縮量は縦寸法と横寸法共に比較例におけるサンプルよりも８％収縮量が少なかった。

したがって、２層のグリーンシートの間に拘束パターンを形成することにより、焼成によるグリーンシート積層体の収縮を抑制することができる。
このように構成されたセラミック配線基板１は、３層のセラミック層１１，１２，１３が積層されている。セラミック配線基板１は、積層された３層のセラミック層１１，１２，１３のうち互いに隣接するセラミック層１１，１２の間に配置され、アルミニウムを含有する拘束層３１を備える。またセラミック配線基板１は、互いに隣接するセラミック層１２，１３の間に配置され、アルミニウムを含有する拘束層３２を備える。拘束層３１，３２に含有されているアルミニウムは、粒子状に形成されている。アルミニウムの周囲には、酸化被膜が形成されている。

このようにセラミック配線基板１は、互いに隣接するセラミック層１１，１２の間とセラミック層１２，１３の間とに配置された拘束層３１，３２を備える。拘束層３１，３２に含有されているアルミニウムは粒子状に形成されており、アルミニウムの周囲には酸化被膜（すなわち、不導態被膜）が形成されている。このため、拘束層３１，３２は高温焼成により融解せず、焼結しないので、拘束層３１，３２の体積が変化しない。これにより、拘束層３１，３２は高温焼成においてほとんど収縮しない。そして、拘束層３１および拘束層３２はそれぞれ、セラミック層１１，１２の間およびセラミック層１２，１３の間に挟まれた状態でこのセラミック層１１，１２およびセラミック層１２，１３に密着しているため、拘束層３１，３２に密着しているセラミック層１１，１２，１３の収縮も抑制される。

以上より、セラミック配線基板１は、高温焼成によるセラミック層１１，１２，１３の収縮を抑制することができ、セラミック配線基板１の寸法精度を向上させることができる。

以上説明した実施形態において、拘束層３１，３２はアルミ含有層に相当する。
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。

例えば上記実施形態では、高温焼成により形成される複数のセラミック層が積層されたセラミック配線基板に拘束層３１，３２を適用した形態を示したが、低温焼成のガラスセラミックで形成された複数のセラミック層を積層したセラミック配線基板に拘束層３１，３２を適用してもよい。

加えて、拘束層の厚みは最大でもセラミック層の厚みに対して１５％以下であることが好ましい。また、拘束層の最小厚みとしてはセラミック層の厚みに対して５％以上であれば、上述の効果を十分に発揮することができる。

また、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…セラミック配線基板、１１，１２，１３…セラミック層、３１，３２…拘束層

Claims (3)

1. 複数のセラミック層が積層されたセラミック配線基板であって、
   積層された複数の前記セラミック層のうち互いに隣接する少なくとも２つの前記セラミック層の間に配置され、アルミニウムを含有するアルミ含有層を備え、
   前記アルミ含有層に含有されている前記アルミニウムは、粒子状に形成されており、
   前記アルミニウムの周囲には、酸化被膜が形成されているセラミック配線基板。
2. 請求項１に記載のセラミック配線基板であって、
   前記アルミ含有層の厚さは、複数の前記セラミック層のそれぞれの厚さに対して、１５％以下であるセラミック配線基板。
3. 請求項１または請求項２に記載のセラミック配線基板であって、
   複数の前記セラミック層は、セラミック成分を９０重量％以上含有しているセラミック配線基板。